暗号通貨マイニングとは何で、どのように機能するか？

暗号通貨マイニングとは何で、どのように機能するか

暗号通貨のマイニングは、ブロックチェーン取引を検証し、有効化します。また、新しい暗号通貨ユニットを作成するプロセスを指します。

マイナーによって行われる作業は、大量の計算リソースを必要としますが、これはブロックチェーンネットワークを安全に保つための助けとなります。

暗号マイニングとは何ですか？

暗号通貨のマイニングは、ビットコインなどの暗号通貨のセキュリティと分散化を保証します。これらは、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスメカニズムに基づいています。これは、ユーザーの取引が確認され、ブロックチェーンの公開台帳に追加されるプロセスです。このようにして、マイニングはビットコインが中央集権的な権限なしで機能するための重要な要素です。

マイニング操作は、既存の供給にコインを追加する責任も負っています。しかし、暗号マイニングは、マイニングプロセスを管理し、誰もが恣意的に新しいコインを作成することを防ぐハードコーディングされたルールのセットに従います。これらのルールは、基盤となる暗号通貨プロトコルに組み込まれており、数千のノードの全ネットワークによって強制されます。

新しい暗号通貨ユニットを作成するために、マイナーは計算能力を使用して複雑な暗号パズルを解決します。最初のマイナーが解決すると、

は、新しい取引のブロックをブロックチェーンに追加し、それをネットワークにブロードキャストする権利を持っています。

暗号マイニングはどのように機能しますか？

新しいブロックチェーントランザクションが行われると、それらはメモリプールと呼ばれるプールに送信されます。マイナーの仕事は、これらの保留中の取引の有効性を確認し、それらをブロックに整理することです。

ブロックをブロックチェーン台帳のページとして考えることができ、その中にいくつかの取引（および他のデータ）が記録されています。より具体的には、マイニングノードはメモリプールから未確認の取引を収集し、それらを候補ブロックに組み立てる責任があります。

マイナーはその後、この候補ブロックを有効で確認されたブロックに変換しようとします。これを行うために、マイナーは多くの計算リソースを必要とする複雑な数学的問題を解決する必要があります。しかし、成功裏にマイニングされた各ブロックに対して、マイナーは新しく作成された暗号通貨と取引手数料からなるブロック報酬を受け取ります。これがどのように機能するかを詳しく見ていきましょう。

ステップ1：取引のハッシュ化

ブロックをマイニングする最初のステップは、メモリプールから保留中の取引を取得し、それらを一つずつハッシュ関数に提出することです。データの片方がハッシュ関数を通過するたびに、ハッシュと呼ばれる固定サイズの出力が生成されます。

マイニングの文脈では、各取引のハッシュは数と文字の文字列で構成され、識別子として機能します。取引ハッシュは、その取引に含まれるすべての情報を表しています。

マイナーは、各取引を個別にハッシュしてリストするだけでなく、自分自身にブロック報酬を送るカスタム取引も追加します。この取引はコインベース取引と呼ばれ、新しいコインを作成するものです。ほとんどの場合、この取引は新しいブロックに記録される最初のものであり、次に検証を待っているすべての保留中の取引が続きます。

ステップ2：マークルツリーの作成

各取引がハッシュされた後、ハッシュはマークルツリー（ハッシュツリーとも呼ばれる）と呼ばれるものに整理されます。マークルツリーは取引ハッシュをペアに整理し、それらをハッシュすることによって生成されます。

新しいハッシュ出力はペアに整理され、再度ハッシュされ、このプロセスは単一のハッシュが作成されるまで繰り返されます。この最後のハッシュはルートハッシュ（またはマークルルート）とも呼ばれ、基本的にはそれを生成するために使用されたすべての以前のハッシュを表すハッシュです。

マークルツリーは取引ハッシュをペアに整理し、それらをハッシュします。

ステップ3：有効なブロックヘッダー（ブロックハッシュ）を見つける

ブロックヘッダーは各個別のブロックの識別子として機能し、各ブロックにはユニークなハッシュがあります。新しいブロックを作成する際、マイナーは前のブロックのハッシュと候補ブロックのルートハッシュを組み合わせて新しいブロックハッシュを生成します。また、ノンスと呼ばれる任意の数も追加する必要があります。

このようにして、候補ブロックを検証しようとする際、マイナーはルートハッシュ、前のブロックのハッシュ、ノンスを組み合わせてすべてをハッシュ関数に通す必要があります。彼らの目標は、有効なハッシュを生成できるまでこれを繰り返すことです。

ルートハッシュと前のブロックのハッシュは変更できないため、マイナーは有効なハッシュが見つかるまでノンス値を何度も変更する必要があります。有効と見なされるためには、出力（ブロックハッシュ）はプロトコルによって決定された特定のターゲット値よりも小さくなければなりません。ビットコインマイニングでは、ブロックハッシュは特定の数のゼロで始まらなければなりません — これはマイニングの難易度と呼ばれます。

ステップ4：マイニングされたブロックのブロードキャスト

私たちが今見たように、マイナーは異なるノンス値を使用してブロックヘッダーを繰り返しハッシュする必要があります。彼らは有効なブロックハッシュを見つけるまでこれを行い、その後、見つけたマイナーがこのブロックをネットワークにブロードキャストします。他のすべてのノードは、ブロックとそのハッシュが有効であるかどうかを確認し、そうであれば新しいブロックを自分のブロックチェーンのコピーに追加します。

この時点で、候補ブロックは確認されたブロックになり、すべてのマイナーは次のブロックのマイニングに移ります。有効なハッシュをタイムリーに見つけられなかったマイナーは、候補ブロックを破棄し、マイニングレースが再び始まります。

同時に2つのブロックがマイニングされた場合はどうなるか？

時々、2人のマイナーが同時に有効なブロックをブロードキャストし、ネットワークは2つの競合するブロックを持つことになります。マイナーはその後、最初に受け取ったブロックに基づいて次のブロックのマイニングを開始し、ネットワークは一時的に2つの異なるバージョンのブロックチェーンに分かれます。

これらのブロック間の競争は、次のブロックが競合するブロックの上にマイニングされるまで続きます。新しいブロックがマイニングされると、それ以前のブロックが勝者と見なされます。その後、放棄されたブロックはオーファンブロックまたはスタレブロックと呼ばれ、そこを選んだすべてのマイナーは勝利ブロックのチェーンのマイニングに戻ります。

マイニングの難易度とは何ですか？

マイニングの難易度は、プロトコルによって定期的に調整され、新しいブロックの作成の一定の速度を確保し、新しいコインの安定した予測可能な発行を実現します。難易度は、ネットワークに専念された計算能力（ハッシュレート）の量に比例して調整されます。

このようにして、新しいマイナーがネットワークに参加し、競争が激化するたびに、ハッシュの難易度が上昇し、平均ブロック時間が減少することを防ぎます。逆に、多くのマイナーがネットワークを離れると、ハッシュの難易度が下がり、新しいブロックをマイニングしやすくなります。これらの調整により、ネットワークの総ハッシュパワーに関係なく、ブロック時間が一定に保たれます。

暗号通貨マイニングの種類

暗号通貨をマイニングする方法はいくつかあります。新しいハードウェアやコンセンサスアルゴリズムが登場するにつれて、機器やプロセスは変化します。通常、マイナーは複雑な暗号方程式を解くために専門的な計算ユニットを使用します。これから、最も一般的なマイニング方法のいくつかを見ていきましょう。

CPUマイニング

中央処理装置（CPU）マイニングは、コンピュータのCPUを使用してPoWモデルに必要なハッシュ関数を実行することを含みます。ビットコインの初期には、マイニングのコストと参入障壁が低く、難易度は通常のCPUで扱うことができたため、誰でもBTCや他の暗号通貨をマイニングしようとすることができました。

しかし、より多くの人々がBTCをマイニングし始め、ネットワークのハッシュレートが増加するにつれて、収益性のあるマイニングはますます困難になりました。さらに、より大きな処理能力を持つ専門的なマイニングハードウェアの出現により、CPUマイニングはほぼ不可能になりました。今日では、すべてのマイナーが専門的なハードウェアを使用しているため、CPUマイニングはもはや現実的な選択肢ではない可能性が高いです。

GPUマイニング

グラフィックス処理ユニット（GPU）は、幅広いアプリケーションを同時に処理するために設計されています。通常、ビデオゲームやグラフィックスレンダリングに使用されますが、マイニングにも使用できます。

GPUは比較的安価で、人気のあるASICマイニングハードウェアよりも柔軟性があります。いくつかのアルトコインのマイニングに使用できますが、その効率はマイニングの難易度やアルゴリズムによって異なります。

ASICマイニング

アプリケーション固有集積回路（ASIC）は、単一の特定の目的のために設計されています。暗号の分野では、この用語はマイニングのために設計された専門的なハードウェアを指します。ASICマイニングは非常に効率的ですが、同時に高価であることで知られています。ASICマイナーはマイニング技術の最前線にいるため、ユニットのコストはCPUやGPUのそれよりもはるかに高いです。

さらに、ASIC技術の絶え間ない進歩により、古いASICモデルはすぐに採算が合わなくなる可能性があり、それにより定期的な交換が必要になります。電力コストを除外しても、これによりASICマイニングは最も高価なマイニング方法の一つとなります。

マイニングプール

最初の成功したマイナーにはブロック報酬が与えられるため、正しいハッシュを見つける確率は非常に低いです。マイニングパワーの小さな割合を持つマイナーは、自分自身で次のブロックを発見する可能性が非常に低いです。マイニングプールはこの問題に対する解決策を提供します。

マイニングプールは、リソース（ハッシュパワー）をプールしてブロック報酬を獲得する可能性を高めるためのマイナーのグループです。プールが成功裏にブロックを見つけると、プール内のマイナーはそれぞれの貢献に応じて報酬を分け合います。

マイニングプールは、ハードウェアや電力コストの面で個々のマイナーに利益をもたらすことができますが、マイニングにおける彼らの支配は、ネットワークに対する51％攻撃の可能性について懸念を引き起こしています。

結論

暗号通貨のマイニングは、ビットコインや他のPoWブロックチェーンの重要な部分であり、ネットワークを安全に保ち、新しいコインの発行を安定させるのに役立ちます。さらに、マイニングはマイナーにパッシブ収入を生むことができます。私たちの記事「暗号をマイニングする方法」では、これについてのステップバイステップの説明をさらに学ぶことができます。

マイニングには特定の利点と欠点があり、前者の最も明白なものはブロック報酬から得られる潜在的な収入です。しかし、これは電力コストや市場価格などの多くの要因に影響されます。したがって、暗号マイニングに飛び込む前に、自分自身でリサーチ（DYOR）を行い、すべての潜在的リスクを評価するべきです。